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主要國家行動頻譜使用現況與規劃分析
 

【作者: 曾巧靈】   2016年05月23日 星期一

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2009年瑞典推出全球第一個4G LTE商用服務,根據GSA統計至2015年4月為止,營運商已在全球布建393個4G LTE商用網路,LTE-A商用網路亦已達64個。隨著營運商不斷擴充網路容量與提升行動上網速度的趨勢下,需要更多頻譜資源支撐其服務,尤其2020年即將實現5G商用,根據ITU要求5G必須滿足峰值速度20Gbps的下載速度,為達成此一目標,除需相關無線接取網路技術的進步外,也需有足夠的頻譜以供使用,在多數國家現有行動通訊頻譜零碎且分散的情形下,各國政府開始積極規劃重整並規劃新頻段的使用,確保未來有足夠的頻譜提供行動通訊使用。


主要國家行動通訊頻譜使用現況

日本行動通訊頻譜使用現況

日本頻譜政策主管單位總務省,頻譜執照核釋方式為評審制,2003年總務省為因應通訊技術世代交替以及未來行動上網數據的增加,公布無線電政策願景(電波政策Vision),針對未來無線通訊技術發展趨勢、無線通訊使用情境、未來頻譜需求預測以及無線通訊技術對未來社會經濟的影響進行分析,並規劃無線通訊管理相關中長期政策措施。


具體作法之一為每年區分頻段實施頻譜使用狀況調查,目的在於有效運用頻譜資源與國際接軌,根據調查結果,總務省制定並公布頻譜重整行動方案,以確實追蹤頻譜使用情形與檢討相關問題的解決措施,並制定頻譜分配計畫。



圖1 : (source:cdn2.pcadvisor.co.uk)
圖1 : (source:cdn2.pcadvisor.co.uk)

根據2003年的頻譜分配計畫,2004年總務省提出第3代行動通訊系統升級方案,考慮行動通訊的國際接軌與頻譜資源有效利用,規劃將800MHz重新分配,原本NTT DoCoMo與au提供2G服務的頻段也將於2012年到期後進行移頻。2009年4月完成1.5GHz及1.7GHz頻段上的頻譜分配,提供營運商作為提供第3/3.5/3.9代通訊服務使用。


2010年總務省提出實現Wireless Broadband環境的頻譜重整行動方案,計畫至2015年前新增5GHz以下至少300MHz提供行動寬頻服務使用。日本政府過去持續檢討700/900MHz頻段作為行動通訊使用的方案,隨日本完成電視全面數位化以及2G服務的終止,2012年完成該頻段的分配。2014年12月為進一步整備無線寬頻環境,總務省釋出3480-3600MHz頻段補充營運商的4G頻譜。


截至2015年11月為止,日本政府總共釋出641.2MHz頻寬提供行動通訊使用,其中3G與LTE頻譜共有530MHz,PHS/AXGP約有61.2MHz,WiMAX有50MHz。以訊框架構區分,採用頻分雙工(FDD)技術的頻寬有410MHz,採用時分雙工(TDD)技術頻寬共計231.2MHz。就營運商持有的頻譜總量而言,Softbank集團(包含Y!mobile與WCP)合計有241.2MHz,NTT DoCoMo與KDDI集團各持有200MHz。


韓國行動通訊頻譜使用現況

韓國頻譜主管單位為未來創造科學部(2013年以前為韓國傳播通訊委員會),頻譜執照核釋方式過去採評審制,2010年2月公布800/900MHz及2.1GHz頻譜分配計畫,開始布局4G服務商用,審查結果由KT與LGU+取得800/900MHz上各20MHz頻寬,SKT取得2.1GHz上20MHz頻寬,使用期限800/900MHz為10年,2.1GHz配合相同頻段上的3G服務,使用期限至2016年12月。


韓國傳播通訊委員會自2008年開始致力於頻譜競標制度的導入,認為在頻譜需求增加與經濟價值上升的趨勢下,為有效利用頻譜資源,頻譜競標制度能有效率選拔合適的業者並提升頻譜分配過程的透明與公正性,結果於2011年實施第一次頻譜競標,拍賣在800MHz、1.8GHz與2.1GHz頻段上共50MHz頻寬,競標最終由SKT取得1.8GHz上10MHz,KT取得800MHz上20MHz,LGU+取得2.1GHz上20MHz。


2012年韓國通訊委員會為同時發展LTE與WiMAX技術,將原本於2012年4月到期的WiMAX頻譜延期7年,提供業者繼續使用。2013年朴槿惠新政府上任,針對電信產業發展的首要目標為加速4G普及,因此於2013年6月公告1.8GHz與2.6GHz行動通訊頻譜分配計畫,8月完成競標,由SKT與KT分別取得1.8GHz上35MHz及15MHz頻寬,LGU+取得2.6GHz上40MHz。至2015年11月為止,韓國釋出的行動通訊頻譜總計為390MHz,目前營運商作為2G使用的頻寬有30MHz,3G為100MHz,LTE共有200MHz,WiMAX則有60MHz。


英國行動通訊頻譜使用現況

英國主管頻譜相關政策的單位為Ofcom(The Office of Communications),頻譜執照核釋方式採審查競標制,2G執照在1995年以前完成發放,使用900MHz及1800MHz頻段,2000年在2100MHz上釋出3G執照,執照使用期限為20年,2013年Ofcom舉行4G頻譜競標,釋出在800MHz與2600MHz上共250MHz頻寬,得標者包含Vodafone、Everything Everywhere(EE)、Three、O2及BT等5家營運商。


Ofcom為促進行動寬頻發展,於2011年Ofcom先允許營運商使用2G頻段(900MHz與1800MHz)提供3G服務,2012年8月進一步開放1800MHz提供4G使用,允許營運商EE率先使用1800MHz開啟4G服務;2013年2月Ofcom全面開放營運商於既有的900MHz、1800MH及2100MHz頻段上佈建4G網路。


美國行動通訊頻譜使用現況

美國頻譜主管單位為FCC(Federal Communication Commission),於1994年起實施頻譜競標,1995年完成在1800MHz上的PCS頻譜競標,2000年美國總統柯林頓簽訂備忘錄要求美國商業部(Secretary of Commerce)及FCC針對未來3G候選頻譜進行研究,2002年根據研究報告結果,FCC完成1700MHz和2100MHz上的3G頻譜競標。


美國政府考量未來電視數位化發展,自2001年開始進行700MHz頻段的重新規劃,以746MHz為界將該頻段分為lower 700MHz與upper 700MHz,2002年首先進行lower 700MHz頻段的競標,取得執照者能夠在完成類比電視數位化前使用該頻段,提供包含行動通訊、固定通訊與數位廣播等服務;2008年3月FCC完成upper 700MHz的頻段拍賣,得標者包含AT&T及Verizon等營運商,Verizon於2010年底利用此頻段開始提供LTE服務,AT&T亦於2011年在700MHz上佈建LTE商用網路。



圖2 : (source:images.cdn.stuff.tv)
圖2 : (source:images.cdn.stuff.tv)

2010年美國總統歐巴馬簽屬備忘錄,要求在2020年以前增加500MHz頻寬作為商業無線寬頻(Commercial Wireless Broadband)通訊使用,為達成此目標,FCC進行頻譜重整並陸續釋出行動頻譜,2012年FCC釋出2.3GHz WCS(Wireless Communication Services)與AWS-4上共60MHz頻寬做為行動寬頻使用。


2014年新增PCS頻段上的10MHz做為行動寬頻使用,FCC於2015年完成AWS-3的頻譜競標,總計釋出65MHz頻寬,並於2015年4月發布公民無線寬頻服務報告與命令,以頻譜共享的方式,開放3.5GHz頻段提供行動通訊使用。


主要國家行動頻譜未來規畫

日本行動通訊頻譜規劃

日本政府鑑於未來行動數據流量成長與物聯網等新興應用發展的趨勢,2014年由總務省主辦無線電政策願景懇談會,聽取來自營運商、設備商與學界的意見,歷經前後共13次會議,總務省於2014年11月公布無線電政策願景懇談會的最終報告書,提出至2020年為止,發展有效頻譜資源相關技術,及規劃更多新頻段使用等建議。


其中,以ITU針對2020年高度用戶密度地區預測IMT技術至少需要1,960MHz頻譜的預測,規劃二階段分段增加行動通訊頻譜,第一階段規劃至2015年為止增加300MHz,第二階段考量包含飛機、船舶與鐵路等寬頻環境的整備,預計再增加1,500MHz。


第一階段規劃以下列方式達成增加300MHz的目標:首先,重新規劃包含過去類比電視使用的700MHz以及900MHz頻段上共100MHz;同時,擴充WiMAX業者使用的2.5GHz上30MHz,並且發放3.5GHz上約200MHz作為4G行動通訊使用。2014年6月總務省已完成700MHz上60MHz頻寬,以及900MHz上30MHz頻寬的執照發放,並於2014年底核准NTT DoCoMo、KDDI與Softbank在3.5GHz上各40MHz的頻寬,預計2016年以該頻段開始提供4G服務。


第二階段為在2020前達成行動通訊頻譜總量2000MHz的目標,考量未來5G行動通訊發展,預計再從目前作為固定衛星等用途使用的4-5GHz中,重新分配約1100MHz提供行動通訊服務使用,同時針對6GHz以上頻譜,總務省認為可能的候選頻段包含8.4GHz、14GHz、28GHz、40GHz、48GHz、70GHz與80GHz等,將陸續展開相關研究工作。


此外,配合2015年11月召開ITU WRC-15討論新增IMT使用頻段等議題,日本政府建議包含1427.9-1462.9MHz/1475.9-1510.9MHz、3400-3600MHz、3600-4200MHz及4400-4900MHz等頻段作為未來行動通訊服務使用。


韓國行動通訊頻譜規劃

韓國傳播通訊委員會為因應急速成長的行動數據,於2012年1月公布行動通訊開疆闢土計畫,預計在2020年以前階段性將600MHz以上頻寬規劃作為行動通訊使用。2013年由未來創造科學部接管傳播通訊委員會部分業務,5月召集產學研界相關專家,針對行動通訊環境變化、國際動向與流量、頻寬需求進行研究與分析,於12月公布行動通訊開疆闢土計畫2.0,總計至2023年以前確保行動通訊可用頻寬為1,190MHz。


第一階段預計至2015年行動寬頻頻譜共計170MHz,包含目前確定規劃行動通訊使用的110MHz外,另增加在2.5GHz及2.6GHz上至少60MHz;第二階段規劃至2018年為止,增加包含2GHz、2.1GHz、2.3GHz與3.5GHz等頻段上最少290MHz,並且考慮將2.3GHz上原本提供WiMAX服務的40MHz轉作LTE使用。第三階段為至2020年以前再從1.8GHz以及6GHz以下尚未使用的頻段中增加至少220MHz。最終在2023年達成增加總量共1,190MHz的目標,其中包含運用6GHz以上至少500MHz頻寬。


2015年10月未來創造科學部公布行動通訊開疆闢土計畫2.0最終版本,針對6GHz以下新增頻譜部分,提出未來可能使用的候選頻段,包含3600-3800MHz、3800-4200MHz及4800-4830MHz,從中取得200-300MHz作為動通訊頻譜使用,這些頻段目前部分為衛星電視廣播與軍用頻段,因此未來須與既有業者及軍方協調使用。此外,針對未來IMT新增頻段,韓國建議包含25.25-86GHz中多個頻段作為行動通訊使用。


英國行動通訊頻譜規劃

Ofcom自2013年起邀請產學界共同討論未來頻譜需求,2014年4月發表頻譜管理策略(Spectrum management strategy),探討未來10年Ofcom在頻譜管理上的策略方向與優先事項。


在管理策略方面,頻譜共享以及解決同一頻段內或鄰近頻段間的干擾問題為Ofcom未來頻譜管理的重點。優先處理事項包含因應未來行動數據成長的相關頻譜、數位電視轉換後的閒置頻段、推動政府釋出公用頻段、行動通訊對於PMSE(Programme Making and Special Events)頻段的擠壓、促進M2M/IoT等創新應用的相關頻段以及未來行動通訊應用於公共安全領域等。


根據頻譜管理策略,Ofcom於2014年5月發表行動數據策略(Mobile Data Strategy)報告以因應未來持續成長的行動數據流量,Ofcom將篩選出的數個頻段,依高度至低度優先順序規劃分段釋出,預計至2028年可供行動通訊使用的下行頻寬將達941MHz。


依照此策略規劃,Ofcom已於2015年公布2.3GHz與3.4GHz頻譜釋出的規則,總計釋出190MHz,預計將於2015/2016會計年度內舉行競標。其餘中高優先度釋出的頻段包含目前由Qualcomm持有,未來預計推動作為行動通訊輔助下鏈(SDL)使用的1452-1492MHz,衛星行動通訊業務使用的1980-2010/ 2170-2020MHz頻段,數位地面電視(DTT)使用的700MHz,以及目前作為衛星下鏈的3.6-3.8GHz等預計至2022年以前完成釋出。


此外,鑒於未來5G行動通訊技術發展可能需要連續大頻寬,而目前6GHz以下頻段很難滿足此需求,因此Ofcom於2015年1月提出6GHz以上未來行動通訊頻譜報告(Spectrum above 6 GHz for future mobile communications),內容包括分析6GHz以上的5G潛力頻段的優缺點,作為Ofcom在未來頻譜管理策略上的參考,以及作為英國未來在國際頻譜討論上的根據,報告中討論的頻段包含5925MHz至100GHz共11個頻段。


美國行動通訊頻譜規劃

FCC於2010年3月發表國家寬頻計畫(National Broadband Plan),要求新增500MHz頻寬做為無線通訊使用,同時,2010年6月美國總統歐巴馬亦簽署備忘錄,要求在2020年以前增加500MHz提供無線及有線寬頻通訊使用。


根據該備忘錄,FCC與NTIA(National Telecommunications and Information Administration)展開相關研究工作,在當時已經被國家或其他業者使用的2200MHz頻寬中,篩選未來能夠提供行動通訊使用的頻段。


FCC於國家寬頻計畫中對於寬頻使用頻段提出多項規劃,例如:一、必須在未來10年內新增500MHz提供寬頻使用,其中在5年內須在255MHz-3.7GHz範圍內釋出300MHz;二、在2.3GHz Wireless Communication Service頻段上釋出20MHz供行動寬頻使用;三、FCC需拍賣upper 700MHz D Block上10MHz,此頻段需與公共安全寬頻服務技術相容;四、拍賣AWS(Advanced Wireless Service)上60MHz頻寬,其中20MHz來自聯邦政府現在使用的頻段;五、提供90MHz作為Mobile Satellite Spectrum;最後,制定相關規範以重新規劃過去TV band使用的120MHz頻寬。FCC於2015年7月表示,目前已經達成國家寬頻計畫的5年目標,總共已經釋出共245MHz頻寬做為行動寬頻通訊使用。


面對5G通訊時代的來臨,FCC於2015年10月公布Notice of Proposed Rulemaking (FCC 15-138),針對24GHz以上頻段,FCC認為過去因為高頻容易衰減且無法繞射等因素,限制其在行動通訊領域的應用,但隨通訊技術的演進,這些高頻段具備大容量、高速等特性,將成為提供未來5G行動通訊使用極具潛力的候選頻段,因此FCC認為應在此時提前建立毫米波(millimeter wave)應用於行動通訊服務的規範框架。


結論

長期規劃以6GHz以上頻段滿足行動通訊的頻譜使用需求

隨通訊技術的長足發展,過去高頻因為傳輸衰減與無法繞射等被認為不適合作為行動通訊使用的缺點逐漸獲得解決,同時高頻具備大容量、高速傳輸的特性,預期能夠滿足未來行動傳輸的要求,因此國際電信組織與各國科研機構也展開6GHz以上頻段提供行動通訊頻譜的相關研究,提早確保行動頻譜長期穩定供應,以利推動通訊技術與產業的發展。


英美日韓已經初步規劃可能的候選頻段,其中,日本總務省建議頻段包含8.4GHz、14GHz、28GHz、40GHz、48GHz、70GHz與80GHz等,韓國未來創造科學部建議的候選頻段範圍介於25.25-86GHz間,英國Ofcom建議5.9-100GHz中多個頻段,但目前多仍處於技術研究階段。


而美國FCC採取更積極規畫方式,於2015年10月發表Notice of Proposed Rulemaking尋求外界相關意見,除將27.5-28.35GHz、37-38.6GHz、38.6-40GHz與64-71GHz與列為候選頻段外,同時也事先規畫各頻段執照取得方式,提前整備相關制度法規環境,提供未來5G通訊發展一個完整的法規與商業運作環境,以和技術發展達到相輔相成的效果。(本文作者為資策會MIC產業分析師)


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